可调式双三角翼型拖曳体的设计与控制性能分析

常规拖曳体存在控制性能较差、设计结构复杂、定深性能弱等问题。将控制面攻角控制和收放拖缆控制等拖曳体常规控制方式有机融合,提出了1种可调式双三角翼型拖曳体的新型设计思想。通过构建了其流体动力学模型,并对其液压系统的工作原理进行了分析。为检验这一新型拖曳体设计的可行性,专门设计制作了试验模型,在拖曳水池开展了水动力学测试,对其控制性能进行了计算与分析。试验结果表明,通过改变次缆长度的控制方式,能对可调式双三角翼型拖曳体的水动力特性进行控制,当次缆长度比例越接近1时,拖曳体受到的流体作用力越小,主缆倾角越小,拖曳体升阻比越大,并且水翼张角越大,拖曳体的定深性能越强。研究表明,该拖曳体对拖曳系统的深度具有很好的控制能力,可实现大范围、高精确、快速地控制。

自主稳定可控制水下拖曳体的设计及控制性能

针对现有可控制拖曳体控制机构复杂、姿态不容易稳定的缺陷,提出并设计了一种自主稳定可控制拖曳体的样机.该拖曳体主要由可调节攻角迫沉水翼、方向稳定浮体和矩形主体组成,拖曳体的轨迹与姿态控制由主动迫沉水翼以及双尾推进器产生的力和力矩的改变来实现.水动力操纵试验表明:采用前述方法设计的拖曳体具有良好的姿态稳定性和更高的深度操纵效率,对其控制系统的设计要求也大大简化.

双三角翼型拖曳体定深特性的水动力实验研究

为进一步提高海洋拖曳系统的定深性能,以满足部分拖曳系统的高拖曳速度、大工作深度的需求,针对常规海洋拖曳体存在的控制机构复杂、体积大、定深特性较差等问题,提出一种结构简单、体积小、定深特性好的双三角翼型拖曳体设计思想,并在拖曳水池完成这一新型拖曳体定深特性的水动力实验研究。结果表明:调整次缆长度比例关系、改变水翼张角等方式可以改变拖曳体的定深性能,且相对而言,调整次缆长度比例关系对于拖曳体定深特性的影响更为明显。实验结论不仅证明了双三角翼型拖曳体良好的定深特性,并可为双三角翼型拖曳体结构优化以及控制方法设计等提供重要依据。

应用神经网络建立水下拖曳体轨迹姿态水动力控制模型

以拖曳体的拖曳水池样机试验取得试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立基于神经网络理论构建的可控制水下拖曳体轨迹与姿态水动力控制数值模型,并进行LMBP模型仿真检验。结果表明,利用所建全的神经网络模型对拖曳体在一定控制动作下的水动力响应预报是令人满意的。

基于模糊神经网络理论对水下拖曳体进行深度轨迹控制

以华南理工大学开发的自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,首先通过水下拖曳体在拖曳水池样机中的试验取得试验数据后作为训练样本,采用LM BP算法,建立基于神经网络理论构建的可控制水下拖曳体轨迹与姿态水动力的数值模型。在此基础上设计了一个控制系统,它主要由两部分组成:基于遗传算法的神经网络辨识器和基于模拟退火改进的遗传算法的模糊神经网络控制器。以满足预先设定的拖曳体水下监测轨迹要求为控制依据,由控制系统确定为达到所要求的运动轨迹而应采用的迫沉水翼转角,以此作为输入参数,通过LM BP神经网络模型的模拟计算预报在这一操纵动作控制下的拖曳体所表现的轨迹与姿态特征。数值模拟计算结果表明:该系统的设计达到了所要求的目的;借助这一系统,可以有效地实现对拖曳体的深度轨迹控制。

多机构控制下的拖曳体三维水动力响应分析

以一种自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,分析匀速拖曳时在迫沉水翼和双尾推进器联合作用下拖曳体的三维水动力响应特性.首先根据已有的单控制机构(迫沉水翼或双尾推进器)作用下拖曳体的拖曳水池样机二维试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立起基于神经网络理论的自主稳定可控制水下拖曳体水动力数值模型,以此为工具分析在两种控制机构联合操纵下拖曳体的三维水动力特性.数值模拟结果表明:利用这一神经网络模型可以对拖曳体在多机构控制动作下的三维水动力响应进行有效的数值仿真模拟.

水下拖曳体多源信息监控系统设计与实现

基于海洋电法探测系统中水下拖曳体对多源信息实时监控的需求,设计了一种准实时监测拖曳体的运动状态与环境信息的监控系统。该系统可与水面监控器保持命令与数据沟通,并在监控器的指令下启动水下电法仪执行参数设置、数据采集等操作。经系统样机的海上测试结果表明,系统性能稳定可靠,能够在其他水下信息采集作业中得到推广应用。

多自由度控制水下拖曳体水动力响应分析

本文根据一种已提出的水下拖曳体三维水动力数学模型,利用FORTRAN语言重新编制计算程序,并通过与FLUENT软件对接实现水下拖曳系统六自由度的动态模拟。在该数学模型中,脐带缆的控制方程采用Ablow and Schechter模型,拖曳体的水动力状态由Gertler and Hargen六自由度运动方程来描述,拖曳体所受的水动力通过FLUENT软件求解N-S方程得到。计算结果表明:迫沉水翼、垂直尾翼控制都能比较灵活地控制水下拖曳体,这表明本文的数学模型和所采用的模拟方法能够比较准确地模拟出整个拖曳系统在拖曳过程中的动力响应状态。本文所提出的数值分析方法可以为水下拖曳体的研发和改进提供一种前期设计准备的数值手段。

一种水下拖曳体的运动特性模拟研究

为了进一步提升深海阵列式拖曳系统的深度调节性能,满足阵列式拖曳系统不同深度作业的需求,设计了一种通过内部调节机构来改变运动姿态与深度变化的水下拖曳体,并对这一水下拖曳体的水动力学进行数值计算。在研究其水动力学相关参数基础上,分析水下拖曳体重心位置变化与运动姿态的关系,验证内部调节机构的可行性。仿真结果表明,拖曳体的设计满足使用要求,不同俯仰角下水下拖曳体深度变化的时间有所不同。在俯仰角40°左右范围内,拖曳体的升力系数最大,并呈现较好的深度调节运动姿态。

考虑自由表面的组合拖曳体阻力计算与设计优化

拖曳体作为一种水下设备,主要用于水下探测、海底地形勘探.其可以按照具体的需求进行设计,故拥有较强的实用性.组合拖曳体具有多个单体,结构复杂,相互干扰之下使得兴波阻力难以计算.因此以一种拥有水上部分的大型组合拖曳体的设计为背景,借助模型拖曳阻力试验,基于CFD理论,使用Star CCM商业软件,配合笛卡尔网格的离散形式,对水面拖曳体的阻力进行计算.通过与试验阻力值的对比,验证了数值算法的准确性.同时,基于计算结果及设计约束条件,对拖曳体结构外形进行优化,并使用数值方法进行了计算,计算结果表明优化后的拖曳体总阻力值有25%的下降.

水下拖曳体自主布放回收装置设计与研究

为了保证搭载于水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle)的水下拖曳体(Underwater Towed Vehicle)能够正常工作,并且能够自主布放和回收水下拖曳体,设计了一种基于无人水面艇的水下拖曳体自主布放回收装置。该装置主要包括绞车、液压系统、滑台、滑轨、起升架以及其他辅助机构,通过液压驱动绞车实现缆绳的收放,通过液压缸驱动起升架、滑轨和滑台实现3级布放回收。整套装置采用液压驱动,滑道式布放回收,该自主布放回收装置可靠性高,占用甲板空间小,满足无人条件下作业,提高了工作效率,工程应用价值高。

海洋水下拖曳体的设计要点

针对海洋水下拖曳体设计中的工程需求,总结水下拖曳体设计与系统总成配合关系中需着重注意的功能设计,结构强度设计,水动力性能,运动稳定性,标准化、运输、抗腐蚀与拖曳安全性设计,总装与质量特性校核,拖曳系统总成和性能测试等8个设计要点。对各设计要点中的关键环节进行论述,提出设计、制造及检测过程中需侧重解决的问题。

拖曳体激发内波时空特性实验及其理论模型

在具有密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置电导率探头阵列的方法,对1个球体和2个不同长径比细长体在拖曳运动下激发内波的时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与长径比近似为线性关系的临界Froude数Frc,当Fr<Fr_c时,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而先增大后减小,Lee波峰值对应速度随长径比增大而增大;当Fr>Fr_c时,内波相关速度均小于物体运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.43—1.18之间的一个条带内变化,尾迹效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而近似线性增大.此外,从波形结构上看,体积效应内波关于水槽中纵剖面是对称的,而尾迹效应内波关于水槽中纵剖面是不对称的.结合上述实验结果,在已有针对拖曳球产生内波的等效源理论模型基础上,针对体积效应内波,提出了不同长径比模型的等效源移动速度和体积的设置方法;针对尾迹效应内波正对称和反对称这一特性,提出了正对称组合源和反对称组合源理论模型及其参数设置方法.所得计算结果在波高、波形结构和波系分布上与实验结果符合良好,表明了所提出的理论模型及其参数设置方法的合理性和有效性.

新体系结构的拖曳体

高性能运动姿态的拖曳体是供海洋探测设备用的运载平台,它能使探测设备充分发挥性能。本文介绍了一种与传统的拖曳体(VDS)不同的新体系结构拖曳体,试验证明,这种拖曳体具有良好的姿态可调性,运动时能实现高性能的姿态要求,并且具有较小的拖曳力。

水下拖曳体有关问题的初步探讨

本文介绍了通过海上实验及理论分析研制的拖曳体。同时对拖曳体的流体动力布局及其微调装置进行了阐述。该拖曳体经过多次海上实验结果表明：在拖速6—10节时，稳定性良好，下潜力大，阻力较小，可以控制机翼冲角的大小来增减下潜力，改变下潜深度，使其行驶于“锯齿形”的剖面上，随深度的变化自动记录温、盐度。如拖速8．5节，

机载拖曳体动力学建模及分析

在某些航空应用场景,需要通过飞行器拖曳功能性部件完成特定性任务,例如机载拖曳对潜通信天线等,在这些应用中,通过建立科学的模型和方法,准确地分析稳态、动态特性是保证拖曳体正常工作的前提条件。本文以对潜通信天线为例,建立考虑天线气动力、惯性力以及弹性力的多体动力学的机载天线动力学模型,并对该模型的稳态结果进行算例验证;对考虑载机非定常运动以及突风作用等扰动后的天线系统动态响应进行分析,并对天线断裂等极端情况进行评估。结果表明:本文所建立的模型在垂直度、天线张力等方面的分析结果较好,能够应用于航空拖曳体的稳态及动态特性分析,在对潜通信天线、加油管等系统的设计方面有一定的工程价值。

船用拖曳体水声跟踪定位系统

本文介绍利用声学超短基线定位原理设计的一种船用拖曳体水声跟踪定位系统。本系统可以在舰船航速为７～１２ｋｎ的情况下对水下拖曳体进行跟踪定位，其定位精确度优于±０．８°。本文简述了它的基本性能、工作原理、关键技术及试验结果。

海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究

为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方程相结合,利用拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体三者耦合模型,进而采用数值计算方法,对比分析了该模型与常规算法。结果表明,该模型考虑船/缆/体三者的耦合影响,可更加准确全面地反映拖曳母船的速度、旋回半径、横摇角等操纵性特征以及拖曳体的深度、姿态等信息所受到的影响,从而为准确预报海洋拖曳系统的运动响应提供更为直观、科学的理论依据。